封閉型異氰酸酯的應(yīng)用進(jìn)展

王浩琛

摘要：異氰酸酯是聚氨酯的預(yù)聚物，種類很多，廣泛應(yīng)用在彈性體、發(fā)泡材料、膠粘劑和涂料中。它由二異氰酸酯與含有活潑氫的化合物反應(yīng)得到，含有-NCO官能鍵，封閉型異氰酸酯是一類端異氰酸酯基團(tuán)與某種帶活性氫原子的化合物反應(yīng)實(shí)現(xiàn)封閉后的聚氨酯產(chǎn)物[1]，在較高的溫度下，反應(yīng)釋放出來的異氰酸酯基團(tuán)可以進(jìn)一步進(jìn)行反應(yīng)，得到不同的產(chǎn)物。

關(guān)鍵詞：異氰酸酯；封閉反應(yīng)

引言

最近幾年，聚氨酯的制備已經(jīng)得到了廣泛的研究與應(yīng)用，異氰酸酯實(shí)際上是聚氨酯的預(yù)聚物，種類很多，廣泛應(yīng)用在彈性體、發(fā)泡材料、膠粘劑和涂料中。它由二異氰酸酯與含有活潑氫的化合物反應(yīng)得到，含有-NCO官能鍵，封閉型異氰酸酯是一類端異氰酸酯基團(tuán)與某種帶活性氫原子的化合物反應(yīng)實(shí)現(xiàn)封閉后的聚氨酯產(chǎn)物[1]，在較高的溫度下，反應(yīng)釋放出來的異氰酸酯基團(tuán)可以進(jìn)一步進(jìn)行反應(yīng)，得到不同的產(chǎn)物。

1異氰酸酯的封閉反應(yīng)機(jī)理

異氰酸酯基團(tuán)與封閉劑的反應(yīng)屬于典型的親核反應(yīng)。反應(yīng)過程遵循兩種機(jī)理。消去-加成機(jī)理封閉型異氰酸酯分解為游離異氰酸酯和封閉劑兩種產(chǎn)物，其中游離的異氰酸酯進(jìn)一步與某種親核試劑反應(yīng)，生成最終產(chǎn)品。

加成-消去機(jī)理封閉的異氰酸酯直接與親核試劑發(fā)生反應(yīng)，生成的中間產(chǎn)物具有四面體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而與封閉劑發(fā)生消去反應(yīng)。

2封閉型異氰酸酯的應(yīng)用

2.1水性涂料

水性涂料以水為介質(zhì)，無毒環(huán)保，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，封閉型異氰酸酯可以應(yīng)用于水性涂料領(lǐng)域的最重要的優(yōu)勢就在于它可以在水中分散并且不會發(fā)生和水的副反應(yīng)，使制得的水性體系具有很好的穩(wěn)定性。[2] 鐘燕等[3]用IPDI異氰酸酯三聚體與聚乙二醇單甲醚反應(yīng)，再用封閉劑甲乙酮肟將剩余的異氰酸酯基封閉，得到了儲存穩(wěn)定性好的親水性封閉異氰酸酯，并發(fā)現(xiàn)當(dāng)聚乙二醇單甲醚的用量超過某臨界值后，乳液的性質(zhì)會發(fā)生突變。

2.2膠黏劑

封閉異氰酸酯膠黏劑由于含有極性很強(qiáng)的異氰酸酯基，當(dāng)與含有活潑氫的材料接觸時，可以表現(xiàn)出優(yōu)異的化學(xué)粘接性，并且存在的氫鍵作用也會使粘接更牢固，從而使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。楊銀龍等[4]以聚酯二醇、甲苯二異氰酸酯和封閉劑丁酮肟為主要原料，合成了一種新型的高固含量的聚氨酯膠黏劑，并且發(fā)現(xiàn)當(dāng)異氰酸酯基與羥基的摩爾比在1.22-1.24時，主劑的粘度符合實(shí)際生產(chǎn)要求。譚海彥、左迎峰等[5]利用異氰酸酯對脲醛樹脂進(jìn)行改性，制備復(fù)合膠粘劑，并發(fā)現(xiàn)異氰酸酯能夠加速脲醛樹脂的固化反應(yīng)，提高復(fù)合膠黏劑的熱穩(wěn)定性。

2.3發(fā)泡材料

聚氨酯發(fā)泡材料作為一種新型的合成材料，具有密度小、強(qiáng)度高、隔音性好以及導(dǎo)熱系數(shù)低等優(yōu)異性能。異氰酸酯發(fā)泡材料主要是利用異氰酸酯和水反應(yīng)，生成二氧化碳?xì)怏w作為起泡劑，廣泛應(yīng)用于建筑物外墻保溫、管道保溫材料及建筑板材等方面。謝海安、陳漢全等[6]以聚醚多元醇和異氰酸酯為主要原料，在催化劑的存在下合成了聚氨酯泡沫體，采用拉伸、沖擊、和掃描電鏡實(shí)驗(yàn)方法對聚氨酯泡沫體的性能進(jìn)行了分析，并研究了水的用量、復(fù)合催化體系的比例以及聚氨酯的指數(shù)對泡沫性能的影響。陳豐、張華等[7]采用可變纖維增強(qiáng)反應(yīng)注射成型技術(shù)制備了長玻纖/聚氨酯泡沫復(fù)合材料，分析了復(fù)合材料微觀缺陷產(chǎn)生的原因，并且對成型工藝進(jìn)行了優(yōu)化。

2.4彈性體材料

聚氨酯彈性體是指聚合物主鏈上含有較多的氨基甲酸酯基團(tuán)的系列彈性體材料，除了含有氨基甲酸酯基團(tuán)外，還含有酯基、醚基、芳基等。通常有多異氰酸酯和低聚物多元醇以及擴(kuò)鏈劑反應(yīng)生成。具有優(yōu)異的耐磨性、耐油性、緩沖性能以及絕緣性能，已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。馬斌、易建軍等[8]采用陰離子端羥基局丁二烯和L-賴氨酸三異氰酸酯為主要原料進(jìn)行反應(yīng)，制備出交聯(lián)型聚氨酯彈性體，并發(fā)現(xiàn)端羥基聚丁二烯的分子量對彈性體的拉伸性能影響較大。趙孝彬、杜磊等[9]介紹了聚氨酯彈性體微相分離的影響因素、研究手段和表征方法，指出聚氨酯彈性體在復(fù)合固體推進(jìn)劑中應(yīng)用前景廣泛。

3結(jié)束語

隨著科技進(jìn)步和生活質(zhì)量的提高，聚氨酯的應(yīng)用規(guī)模和領(lǐng)域也將繼續(xù)擴(kuò)大，封閉型異氰酸酯作為聚氨酯家族中龐大的一支，也將發(fā)揮著越來越重要的作用。不斷加大科研力度，攻破科技難點(diǎn)，加大應(yīng)用創(chuàng)新，進(jìn)一步提高封閉型異氰酸酯類聚氨酯的應(yīng)用水平，擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域，是我們面臨的當(dāng)務(wù)之急。

參考文獻(xiàn)：

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[2]劉景芳，李樹材. 封閉型水性聚氨酯的研究進(jìn)展[J]. 涂料工業(yè)，2003，33（10）：36-39.

[3]鐘燕. 水性封閉型多異氰酸酯的制備[J]. 華東理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2010，02：59-65.

[4]楊銀龍，張其斌. 新型合成革用高固含量聚氨酯膠黏劑的研制[J]. 聚氨酯工藝，2007，32（3）：26-28.

[5]譚海彥，左迎峰，等. 異氰酸酯-脲醛樹脂復(fù)合膠黏劑的熱性能[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，40（11）：147-150.

[6]謝海安，陳漢全. 全水發(fā)泡聚氨酯泡沫材料的研究[J]. 塑料科技，2007，35（3）：62-65.

[7]陳豐，張華等. 長玻璃纖維增強(qiáng)聚氨酯泡沫復(fù)合材料的制備及工藝優(yōu)化[J]. 機(jī)械工程材料，2013，37（12）：54-59.

[8]馬斌，易建軍，等. 聚丁二烯聚氨酯彈性體的合成和性能研究[J]. 研究報告及專論，2017，35-39.

[9]趙孝彬，杜磊，等. 聚氨酯彈性體及其微相分離[J]. 高分子材料科學(xué)與工程，2002，18（2）：16-20.